(57)【要約】  【課題】  従来のパッド電極で覆われる部分を発光させなくし、光の取出し効率の向上を図った半導体発光素子においては、パッド電極に線状電極を構成する材料が混入しやすく、Ａｕワイヤーの接合力不足などにより破損を生じやすいなどの問題を生じていた。  【解決手段】  素子１の最表面半導体層１ａの表面に、パッド電極３を有し、最表面半導体層とパッド電極との間ではショットキー接合が行われ、パッド電極が占める以外の表面を網状に覆う線状電極２と最表面半導体層の間ではオーミック接合が行われ、パット電極と線状電極が一部で接触しオーミック接合が行われている半導体発光素子であり、線状電極とパッド電極との接触部において、線状電極の層構造の上部及び側面の一部或いは全部をパッド電極の層構造中のバリアメタル層３ｂが覆っている半導体発光素子とすることでパッド電極に線状電極の部材が混入しないようにして課題を解決する。【選択図】  図２
2006245379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最表面半導体層の表面に設けられた複数層から成るパッド電極と、最表面半導体層の表面に設けられ、前記パッド電極が占める以外の表面を網状に覆い、前記パッド電極と一部で接触し、最表面半導体層とオーミック接合を行う線状電極と、前記パッド電極に含まれ、前記線状電極と前記パッド電極との接触部において、前記線状電極の上面及び側面の一部あるいは全部を覆うバリアメタル層とを有する半導体発光素子。
【請求項２】
前記パッド電極は、最表面半導体層とショットキー接合を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記線状電極と前記パッド電極との接触部において、前記パッド電極の層構造中のバリアメタル層と前記最表面半導体層、及び／または、前記線状電極との間に接着層を有する構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記パッド電極の層構造において、前記最表面半導体層と接している第１層の接着層がバリア機能を有する材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３何れかに記載の半導体発光素子。の
【請求項５】
前記線状電極層構成中にバリアメタル層を有することを特徴とする請求項１〜請求項４何れかに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の構成に関するものであり、詳細には、電極の構成に係り、例えば、ワイヤーボンドが行われるパッド電極の背面では、このパッド電極が不透明であるため、発光が行われても前記パッド電極により光の遮蔽、或いは、吸収が行われ、この背面部分で行われる発光を効率良く取り出すことができないものとなり、印加電力に対して発光効率が低下するものとなる。
【０００２】
この問題を解決するために、最表面半導体層上にパッド電極と、該パッド電極と接触する略網目状とした線状電極とを設け、前記パッド電極と最表面半導体層との間をショットキー接合とし、前記パッド電極で覆われる部分では電流が流れず発光が行われないようにして、印加電力に対して発光量が減ることを防止している電流狭窄形発光ダイオードと称されているものがある。
【背景技術】
【０００３】
従来のこの種の電流狭窄形発光ダイオード９０の構成の例を示すものが、図７、及び、図８であり、まず、図７に断面で示すようにＬＥＤチップ９１のＰ層９２、活性層９３、Ｎ層９４から成る発光層の上面にはｎ−ＡｌＧａＩｎＰから成る最表面半導体層９５がＮ型の半導体により形成されている。
【０００４】
そして、前記最表面半導体層９５上には図８に示すように、この最表面半導体層９５に対して、例えば、Ａｎ／Ｓｎ／Ｎｉなどの金属による線状電極９６が、例えば、蜘蛛の巣状など、前記最表面半導体層９５の広い範囲に渡り万遍なく電流を供給できる形状として布設され、前記最表面半導体層９５と前記線状電極９６とを熱合金化することでオーミック接合としている。
【０００５】
また、前記線状電極９６の中心にはパッド用電極９７が、前記最表面半導体層９５と線状電極９６との双方に接触するように形成されている。このときに、前記パッド用電極９７は、前記最表面半導体層９５の電子親和力よりも大きい仕事関数を有する金属部材、例えば、Ｔｉ／Ａｕ／Ｐｔが選択される。そして、このパッド用電極９７にはボンディングワイヤ９８が接続されて外部からの給電が可能とされている。
【０００６】
このように構成することで、前記最表面半導体層９５と前記線状電極９６とはオーミック接合を行うものとなり、前記線状電極９６と前記パッド用電極９７ともオーミック接合を行うものとなり、前記最表面半導体層９５と前記パッド用電極９７のみがショットキー接合を行うものとなる。
【０００７】
従って、前記ボンディングワイヤ９８に供給された電力は、前記パッド用電極９７から前記線状電極９６を介して前記最表面半導体層９５に伝導されるものとなり、ショットキー接合が行われている前記パッド用電極９７からは前記最表面半導体層９５に電流が供給されることはなく、従って、前記パッド用電極９７の下方は発光することはなく、無効な電力が供給されることはない。
【特許文献１】特開２００４−２９６９７９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記に説明した従来の構成の電流狭窄形発光ダイオード９０の構成においては、確かに、パッド用電極９７の下面における発光は抑止が可能となり、目的を達するものとは成っているが、前記最表面半導体層９５と前記線状電極９６とのオーミック接合性を向上させるために、線状電極９６側に添加されるＧｅ、Ｚｎなどが熱合金化の際に前記パッド用電極９７に析出し、前記ボンディングワイヤ９８の接合強度を弱めるという課題を生じている。
【０００９】
また、前記線状電極９６を布設する際には、この線状電極９６も光を遮る要因となるので、前記ＬＥＤチップ９１への供給電力に不足を生じない範囲においては細く形成することが好ましいが、上記に説明した線状電極９６側に添加されるＧｅ、Ｚｎなどが熱合金を行う際に一部に集中して前記線状電極９６の抵抗値を高めるなどの現象を生じやすくなるので、５μｍ程度の幅が限界となり、これ以上には細くできず、よって、構成が複雑化した割には光の取出し効率が向上していないという課題も併せて生じている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、最表面半導体層の表面に設けられた複数層から成るパッド電極と、最表面半導体層の表面に設けられ、前記パッド電極が占める以外の表面を網状に覆い、前記パッド電極と一部で接触し、最鏡面半導体層とオーミック接合を行う線状電極と、前記パッド電極に含まれ前記線状電極と前記パッド電極との接触部において、前記線状電極の上面および側面の一部あるいは全部を覆うバリアメタル層とを有する半導体発光素子を提供することで課題を解決するものある。尚、パッド電極は上記に説明した背景技術のパッド用電極と同様にワイヤボンドを行うために設けられ、線状電極に給電する役割を有し、少なくともワイヤボンドを行うために充分な面積を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、第一には、最表面半導体層とオーミック接合を行う線状電極と、パッド電極の接合部を介する前記線状電極を構成する成分の拡散移動を防ぐことにより、前記した従来の課題を解決する。つまり、前記線状電極を構成する成分の前記パッド電極の最表面、および、底面（ショットキー接合面）への移動拡散を防ぐことにより、金ワイヤーの接合強度、前記パッド電極のショトキー特性の維持をできるものとする。
【００１２】
また、第二には、最表面半導体層とオーミック接合を行う線状電極と、前記最表面半導体層とショットキー接合を行うパッド電極の各々電極の層構造中にバリアメタル層を設けたことで、素子製作工程における熱合金工程を如何なる工程段階で行っても、拡散、移動によるＧｅ、Ｚｎなどの電極表面への析出を生ぜず、素子製作工程の手順に柔軟性を生じるものとする。
【００１３】
更には、前記線状電極中においても、構成する成分であるＧｅ、Ｚｎなどが一部に集中して、線状電極の導電性を損なうことがなくなり、従来は、５μｍ程度の線幅が限界であった線状電極が、２μｍ程度まで細く作ることが可能となり、この線状電極により遮蔽されていた光量も外部へ取り出せるものとして、一層に明るいＬＥＤの生産を可能とする効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。本発明は、発光ダイオード１の構成、及び、製造方法に関し、従来例で説明したのと同様に電流狭窄形発光ダイオードに係るものである。
【００１５】
そして、本発明の発光ダイオードにおいては前記線状電極構成元素の前記パッド電極への上方向、及び、横方向への拡散移動を防止するために、前記線状電極と前記パッド電極との接触部において、前記線状電極の上部、及び、側面の一部、或いは全部にバリアメタル層を有し、前記バリアメタル層と前記最表面半導体層との間、および／または、前記バリアメタル層と前記線状電極構造との間には接着層を有することを特徴とする。更には、前記接着層がバリア機能を有することが好ましい。
【００１６】
また、上記した前記線状電極と前記パッド電極との接触部において設けられるバリアメタル層として、ＴｉＷＮ、ＴａＮ、ＷＮ、Ｎｉ、ＮｉＶなどが挙げられるが、本発明が目的とする効能を奏するものであれば、これらに限定するものではない。
【００１７】
図１、及び、図２に示すものは本発明に係る半導体発光素子１であり、図１は平面図であり、図２は、本発明の要部であるパッド電極３、及び、線状電極２の部分を主とする断面図である。尚、前記パッド電極３、及び、線状電極２は何れも最表面半導体層１ａの表面に接合した状態で設けられるものであり、前記線状電極２とパッド電極３も一部で接合した状態で設けられるものである点は、従来例のものと同様である。
【００１８】
最表面半導体層１ａとの間でオーミック接合を行うことのできる線状電極２用の材料として、前記最表面半導体層１ａがｎ型の場合、Ａｕ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｎｉから選択される金属、或いは、これらの共融合金から構成することができる。
【００１９】
ここで、前記線状電極２の構成元素であるＧｅ、Ｚｎなどが、前記線状電極２の上部、或いは、前記線状電極２と前記パッド電極３との接触部を介して、前記パッド電極３側に移動し電極特性、形状等に悪影響をもたらすことを防止するために、本発明では、前記線状電極２を構成する層構造中と、前記パッド電極３を構成する層構造中にバリアメタル層２ｂ、３ｂを形成する。
【００２０】
具体的には、前記線状電極２の構成元素が上方及び横方向に移動拡散することにより、前記線状電極２が切れたり、前記最表面半導体層１ａと前記パッド電極３との間のショットキー接合特性を乱したり、或いは前記パッド電極３のＡｕワイヤー４との接合強度が弱くなることを防止するために、前記線状電極２を構成する層構造中には線状電極バリアメタル層２ｂが設けられ、前記パッド電極３を構成する層構造中にはパッド電極バリアメタル層３ｂが設けられるのである。
【００２１】
バリアメタル層３ｂは、前記線状電極２の側面に接して設けられても良く、後述の第一接着層３ａなど他の層を介して設けられても良い。また、前記線状電極２の構成元素が上方に拡散移動することにより、前記線状電極形状や表面に変化を生じ、特に前記線状電極２が５μm未満においては、切断までにいたる場合もあった。前記線状電極２を構成する層構造にバリアメタル層２ｂを設けることにより、２μmにおいても分断のない線状電極２を形成することができる。
【００２２】
ここで、図２を参照して前記線状電極２の層構造における各層の役割を示す。前記最表面半導体層１ａと接する側の層を第１層目として説明を行うと、この第１層目は前記最表面半導体層１ａとオーミック接合を行うための線状電極第一オーミック層２ａであり、それに適する材料であるＡｕＧｅが用いられて、この実施形態においては３００nmの膜厚として形成されている。
【００２３】
そして、前記線状電極オーミック層２ａの上面には、前記線状電極オーミック層２ａの構成元素が上方向への拡散を行わないように阻止するための線状電極バリアメタル層２ｂがＴａＮを用いて２００nmの膜厚として形成されている。また、前記線状電極バリアメタル層２ｂの上面には、Ｔａが５０nmの膜厚として形成されて線状電極接着層２ｃとされている。
【００２４】
ついで、パッド電極３の構成について説明を行う。前記線状電極２と同様に前記最表面半導体層１ａと接する側の層を第１層目として説明を行うと、この第１層目にはＴａがnmの膜厚として形成されている。このＴａ層からなるパッド電極第一接着層３ａは、前記線状電極２とパッド電極３との接合部において、、前記線状電極２の表面にＡｕで形成された線状電極第二オーミック層２ｄと、前記パッド電極３の第二層目に形成されたバリアメタル層３ｂとの接着を行う役割を有している。前記線状電極２は、前記線状電極２上の一部と側面でパッド電極３と接し、当該部分で導電されるため、密着性は高いことが好ましい。
【００２５】
また、前記第一接着層３ａが前記線状電極２との接合部の側面を覆うように形成されている本実施例形態においては、前記第一接着層３ａの一部は、前記線状電極２の構成元素、特にオーミック層２ａの構成元素がパッド電極３側に横方向から拡散移動するのを防ぐバリアメタル層としての機能をも有する。そのため、前記第一接着層３ａと前記最表面半導体層１ａとのショットキー接合に悪影響を与えることがない。尚、Ｔａ層は、前記最表面半導体層とはショットキー接合が行われている。
【００２６】
前記パッド電極３の第二層はＴｉＷＮにより２００nmの膜厚として形成され、前記線状電極２の構成元素であるＧｅ、Ｚｎ拡散移動を阻止するためのパッド電極バリアメタル層３ｂとして機能するものである。前記パッド電極バリアメタル層３ｂ上には、第三層目にＴａ層が５０nmの膜厚で形成される。また、第四層目としてＡｕから成るボンディングパッド層３ｄが形成される。
【００２７】
第三層目のＴａ層は、第二層目のパッド電極バリアメタル層と、第四層目のＡｕ層との接着を良好に行うパッド電極第二接着層３ｃである。前記線状電極２の構成元素が前記パッド電極３へ拡散するのを防止できることにより、パッド電極３と最表面半導体層１ａとのショットキー特性、および、前記ボンディングパッド層３ｄにおけるワイヤーとの接合強度を維持することができる。
【００２８】
前記パッド電極３の第１層であるパッド電極第一接着層３ａがバリア層としても機能すると云うことは、前記線状電極２の構成元素が前記パッド電極３側への横方向の移動拡散を阻止していると云うことである。前記線状電極２の構成元素が前記パッド電極３側に移動拡散した場合、前記パッド電極３と最表面半導体層１ａとの間のショットキー接合が崩れるため、電流注入時における前記パッド電極３周囲の発光が著しくなる現象が見られる。
【００２９】
図２に示したように、パッド電極第一接着層３ａをＴａで形成した場合、上記現象が全く認められないため、このパッド電極第一接着層３ａはバリアメタル層としても機能していることが確認できる。前記パッド電極第一接着層３ａを形成するための接着層兼バリア層の機能を有する材料としては、上記Ｔａの他にＮｉ、Ｔｉなどが挙げられる。
【００３０】
電流狭窄形発光ダイオードを形成する際に、発明者による試作、点灯試験の結果では、以上のように、バリアメタル層２ｂを含む層構造とするか否かにより、前記線状電極２の線幅を従来の構成に比べて５μmから２μmに狭めることが可能であることが確認された。このことは、単純に計算すれば、前記線状電極２がＬＥＤチップの発光面に占める面積を１／２．５にすることが可能とするものであり、その分だけ明るさが増加するものとなる。
【００３１】
以上、最良の実施形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、更に種々の変更、改良、組合せなどが可能である。特に、本発明は、パッド電極３が、最表面半導体層１ａとショットキー接合を行う行うものについて、そのショットキー特性が維持できることから特に有用であるが、パッド電極３が最表面半導体層１ａとショットキー接合を行わない構成においても、線状電極２の構成元素の横方向、および、上方向への移動拡散を防止することにより、パッド電極３とワイヤー４電極との接合強度の維持などに寄与するのは明白である。
【００３２】
パッド電極３をオーミック電極で形成した場合、パッド電極３直下に発光を生じさせないため、パッド電極３の形成される位置に対応して、ｐ型クラッド層の導電型の反転、ｐ型クラッド層上に電流阻止層の形成などを施すことが可能であり、また、最表面半導体層１ａに接してＳｉＯ２などの絶縁層を形成することも可能である。このような形態においても、パッド電極３の層構造中にバリアメタル層を形成することでボンディングワイヤーとの接合強度を保つことができる。
【００３３】
また、第一接着層３ａ、および、第二接着層３ｃは、必要に応じて適宜導入されれば良く、上記実施形態において、バリアメタル層３ｂとボンディングパッド層３ｄの２層でパッド電極３を形成することも可能である。例えば、Ｔａ層３００nmから成るバリア層とＡｕ層６００nmから成るボンディングパッド層の２層で形成することも可能であるが、Ｔａ膜は硬いため、厚く積層すると他の金属膜などとの境界で剥離を起こす可能性が高い、従って、上記実施形態のように、積層構造にすることで応力を和らげる、或いは、材料の選定により、適宜バリア性と密着性を両立することが好ましい。
【００３４】
さらに、第一接着層３ａを設ける場合においても、必ずしもパッド層バリアメタル層３ｂなどと同じ領域に形成する必要もなく、線状電極の上面および側面のみ、最表面半導体層のみを覆うなど、部分的に形成しても良く、部分的に異なる材料で形成しても良い。以上、説明したように、本発明によれば、高品質の光半導体発光素子を提供することができる。
【実施例１】
【００３５】
本発明に係る半導体発光素子１の最表面半導体層１ａがｎ型の場合の形成工程を図３〜図６により順次に説明する。図３に示す基板１ｃの最表面半導体層１ａの側に略示的に示すようにレジストＲにより前記線状電極２のパターニングを行い、初めに抵抗加熱法によりＡｕＧｅを３００nmの膜厚に線状電極第一オーミック層２ａとしての成膜を行う。
【００３６】
次ぎにスパッタ法によりＴａＮを２００nmの膜厚に線状電極バリアメタル層２ｂとしての成膜を行い、Ｔａを５０nmの膜厚に線状電極接着層２ｃとして成膜を行い、最後にＡｕを２００nmの膜圧として線状電極第二オーミック層２ｄとする順に蒸着し、その後、リフトオフによりレジストＲを除去（図４参照）する。
【００３７】
続いて、最表面半導体層１ａ上に、レジストＲ２により前記パッド電極３用のパターニング（図５参照）を行い、スパッタ法によりＴａを５０nmの膜厚に成膜し、パッド電極第一接着層３ａとする、次いで、ＴｉＷＮを２００nmの膜厚に成膜し、パッド電極バリアメタル層３ｂを形成する。
【００３８】
次ぎに、Ｔａを５０nmの膜厚に成膜してパッド電極第二接着層３ｃとし、Ａｕを１００nm蒸着し、最後に抵抗加熱法によりＡｕを５００nm蒸着して、合計６００nmのボンディングパッド３ｄとする。その後、リフトオフによりレジストを除去し、ダイシングストリートをメサエッチングにより形成し、４００℃にて合金（図６参照）を行い、本発明の半導体発光素子１が完成する。パッド電極３は、前記線状電極上の一部に積層して形成され、特に、第一接着層３ａおよびバリアメタル層３ｂは、オーミック電極のパッド電極３が重なる部分の側面を露出なく覆うように形成される。
【００３９】
ここで、前記パッド電極３が前記最表面半導体層１ａとショットキー接合を行うための条件を示す。金属とｎ型半導体（前記最表面半導体層１ａ）との接触により生じる障壁の高さ、ｑΦｎは、ｑ（Φｍ−χ）の式で求めることができる。尚、Φｍは金属の仕事関数、χは半導体の電子親和力である。従って、ｎ型半導体にパッド電極３を形成する場合は、当該半導体の電子親和力よりも大きい仕事関数を有する金属材料が選択される。
【００４０】
具体的には、最表面半導体層１ａを構成するｎ型半導体として電子親和力が約４．１ｅＶのｎ−ＡｌＧａＩｎＰが用いられている本発明の場合には、それ以上の仕事関数を有するＴｉ（４．３３ｅＶ）、Ｐｔ（５．６５ｅＶ）、Ｎｉ（５．１５ｅＶ）、Ａｌ（４．２８ｅＶ）、Ｔａ（４．２５ｅＶ）などが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る半導体発光素子の実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う要部断面図である。
【図３】本発明に係る半導体発光素子の製造工程の第一工程を示す説明図である。
【図４】本発明に係る半導体発光素子の製造工程の第二工程を示す説明図である。
【図５】本発明に係る半導体発光素子の製造工程の第三工程を示す説明図である。
【図６】本発明に係る半導体発光素子の完成状態を示す説明図である。
【図７】従来例を示す断面図である。
【図８】従来例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…半導体発光素子
１ａ…最表面半導体層
１ｂ…活性層
１ｃ…基板
２…線状電極
２ａ…線状電極第一オーミック層
２ｂ…線状電極バリアメタル層
２ｃ…線状電極接着層
２ｄ…線状電極第二オーミック層
３…パッド電極
３ａ…パッド電極第一接着層
３ｂ…パッド電極バリアメタル層
３ｃ…パッド電極第二接着層
３ｄ…ボンディングパッド
４…Ａｕワイヤー
【図１】
2006245379.tif 000003
【図２】
2006245379.tif 000004
【図３】
2006245379.tif 000005
【図４】
2006245379.tif 000006
【図５】
2006245379.tif 000007
【図６】
2006245379.tif 000008
【図７】
2006245379.tif 000009
【図８】
2006245379.tif 000010